农药废水是一种难治理的高盐度有机废水,其废水中盐度和COD高达几万甚至几十万mg/L以上。高盐有机废水处理主要分为非生物法和生物法,其中前者应用广泛,主要包括蒸发、膜分离等技术。膜分离使用条件苛刻、投资和运行成本高,当前蒸发技术使用普遍,其过程是指在加热过程中,溶液中部分溶剂汽化,得到含有不挥发性溶质的剩余浓缩溶液的过程,其特点是能将无机盐与水分分离得比较彻底,缺点有能耗大、运行成本高、易结垢堵塞等,所以必须考虑高效节能等问题,而多效蒸发(MED)和机械蒸汽再压缩蒸发(MVR)是推荐的高效节能技术。MED是将多个蒸发器串联起来,用前一个蒸发器的二次蒸汽作为下一个蒸发器的加热蒸汽,下一个蒸发器的加热室便是前一个蒸发器的冷凝器。优点是多次利用二次蒸汽的汽化和冷凝,可以显著减少新鲜蒸汽消耗量。在化工生产、食品加工厂、医药生产、石油和天然气采集加工等企业的高盐度(含盐量为3.5%~25%)高浓度(COD浓度为2000mg/L~300000mg/L)废水处理广泛应用。理论上MED若效为沸点进料,忽略热损失和温差损失等因素,则生蒸汽消耗量与蒸发量的比单效、双效、三效分别为为1、0.5、0.3。但应用中有损失,实际消耗蒸汽与蒸发效数之比为:单效1.10,双效0.57,三效0.4,四效0.3,五效0.27。MVR是料液经蒸发器蒸发产生二次蒸汽,经分离器分离,再经压缩机压缩,提高压力、升高温度、增加热焓后作为加热蒸汽循环使用,优点是减少蒸发浓缩过程对外界能源需求,主要消耗电能,节省了蒸汽和冷却水的能源消耗。本研究的目的是比较MED和MVR处理农药废水的差异,重点分析盐度和COD去除率和单位废水能耗等指标,为高盐有机废水的工业化高效节能设备应用提供指导和借鉴作用。
1、实验部分
1.1 废水水质
农药废水来自某农药生产废水,盐度分别为66000μs/cm、66800μs/cm、56000μs/cm、58000μs/cm和91210μs/cm,平均为68018μs/cm;COD分别为71668mg/L、76564mg/L、66264mg/L、48480mg/L、71856mg/L,平均为66966mg/L。
1.2 主要设备
MED为三效蒸发设备,含预热器20m2、蒸发器(一效、二效、三效)3台、结晶罐6m3、循环泵11KW、采盐泵3KW、真空机组500m3/h、仪表等。MVR运行体积20m2,装机400kw,含原料计量罐、进料泵、冷凝液预热器、真空预热器、蒸汽预热器、排料泵、加热器、循环泵、出料泵、压缩机、稀油站、结晶器、冷凝液泵、冷凝液罐、喷淋泵、真空泵、真空冷却器、喷淋冷却器、离心机、旋液分离器、晶浆罐、变频器。
1.3 实验方法
新鲜蒸汽压力为0.4~1MPa,蒸发实验平行进行5次,测量进出水水质计算去除率,盐度以电导率计算,有机物浓度以CODcr计算。能耗分析包括蒸汽、电等,折算为标煤。1kg饱和蒸汽(0.4~1MPa)折标煤0.145kgce,每kwh电折标煤0.404kgce。
2、结果和讨论
2.1 水质指标
由图1可知,MVR的盐度去除率5次实验分别为95.38%、94.76%、94.93%、91.53%和97.14%,平均为94.75%,与MED的盐度去除率(5次实验分别为97.27%、98.68%、94.93%、93.94%和98.68%)平均为97.24%相比,差异不显著(P>0.05)。
由图2可知,MVR的COD去除率5次实验分别为89.32%、91.92%、90.01%、82.44%和83.59%,平均为87.46%,显著高于MED的COD去除率(5次实验分别为97.69%、98.37%、89.50%、95.54%和88.22%)平均为93.86%(P<0.05)。
2.2 单位能耗
由图3可知MVR的单位废水能耗约为16.58kgce/m3,MED的为60.02kgce/m3,前者的单位废水能耗只有后者的27.6%,即MVR比MED节约能源约72.3%。
2.3 讨论
方健才报道,按3t/h的处理量去处理氯化铵废水时,每处理1t废水MVR折消耗18.45kgce,而采用三效蒸发器折消耗65.25kgce,四效蒸发器折消耗47.25kgce。MVR相对于三效蒸发器可节省69.45%的标准煤,相对于四效蒸发器节省60.72%的标准煤。高丽丽等在以15t/h氨基酸的蒸发浓缩工程实例为研究对象的实验中,将MVR和多效蒸发的能源消耗对比发现:使用MVR处理1t废水所消耗电等价热量10.53kgce,而同样使用三效蒸发处理时所耗蒸汽等价60.9kgce。相比于三效蒸发器而言,使用MVR蒸发可以节省85.7%的标准煤;叶正茂等在处理55t/h含100g/L的氯离子的硫酸铵废水时,在后端使用多效蒸发器和MVR比较其能耗,结果表示处理一吨水MVR消耗24.84kgce,三效和四效蒸发器分别消耗60.21kgce和49.71kgce,分别节省了58.74%和50%的标准煤。本研究结果表明,利用MVR蒸发技术处理高盐度有机农药废水可以节约标煤超过70%。
3、结论
MED和MVR都可以有效去除农药废水中的盐度和COD,其中MED和MVR对盐度的去除率差异不显著(P>0.05);但是针对COD,三效蒸发的去除效果显著高于MVR(P<0.05)。与MED相比,MVR蒸发技术处理高盐度有机农药废水可以节约标煤超过70%。